CN110191690A - 用于机器人外科手术系统的手柄组合件 - Google Patents

Abstract

一种机器人外科手术系统包含机器人臂和用户界面。所述机器人臂支撑钳口组合件，所述钳口组合件包含相对的钳口构件，所述相对的钳口构件之间限定钳口角度。所述用户界面包含手柄组合件，所述手柄组合件具有：主体部分；手柄控制器，其安置在所述主体部分内；以及第一致动器，其可相对于所述主体部分移动以改变所述第一致动器的开度角。所述第一致动器具有力剖面，所述力剖面是依据所述开度角移动所述第一致动器所需的力，并且所述钳口组合件具有钳口角度剖面，所述钳口角度剖面是依据所述开度角的所述钳口角度。

Description

用于机器人外科手术系统的手柄组合件

背景技术

机器人外科手术系统已经用于微创医疗程序中。在此类医疗程序期间，机器人外科手术系统由与用户界面接合的外科医生控制。用户界面允许外科医生操纵作用于患者的机器人系统的末端执行器。用户界面包含具有手柄组合件的控制臂组合件，所述手柄组合件可由外科医生移动以控制机器人外科手术系统。

需要改进的手柄组合件用于控制机器人系统的末端执行器。

发明内容

本公开总体上涉及机器人外科手术系统的用户界面的手柄组合件，所述手柄组合件包含手指控制器致动器，所述手指控制器致动器被配置成允许临床医生在外科手术期间控制所述机器人外科手术系统的机器人系统的末端执行器。

在本公开的一方面中，机器人外科手术系统包含机器人臂和用户界面。所述机器人臂支撑钳口组合件，所述钳口组合件包含相对的钳口构件，所述相对的钳口构件之间限定钳口角度。所述用户界面包含手柄组合件，所述手柄组合件具有：主体部分；手柄控制器，其安置在所述主体部分内；以及第一致动器，其可相对于所述主体部分移动以改变所述第一致动器的开度角。所述第一致动器具有力剖面，所述力剖面是依据所述开度角移动所述第一致动器所需的力，并且所述钳口组合件具有钳口角度剖面，所述钳口角度剖面是依据所述开度角的所述钳口角度。

在各方面中，所述钳口角度剖面限定钳口角度曲线，并且所述手柄控制器的微控制器被配置成将所述第一致动器的所述开度角传输到所述机器人臂，以基于所述钳口角度曲线实现所述钳口构件的所述钳口角度的改变。所述钳口角度曲线可以是线性的，使得例如随着所述第一致动器的所述开度角减小，所述钳口构件的所述钳口角度减小。

在各方面中，所述力剖面限定力曲线，并且所述手柄控制器的微控制器被配置成记录所述第一致动器的所述开度角，并且调节所述手柄控制器的电机的操作参数以基于所述力曲线来实现使所述第一致动器致动所需的所述力的改变。在一些方面，所述力曲线的一部分具有负斜率，在所述负斜率中，所述力随着所述开度角的减小而增加。在某些方面，所述力曲线的一部分在所述第一致动器的预定开度角处具有正到负斜率转变点，使得所述电机产生扭矩以将所述第一致动器维持在所述预定开度角处。

所述第一致动器可以具有打开位置和关闭位置，在所述打开位置中，所述开度角是第一打开角，在所述关闭位置中，所述开度角是小于所述第一打开角的第二打开角。在一些方面，所述力剖面具有限定在所述第一打开角与第三打开角之间的第一区域，所述第三打开角小于所述第一打开角并且大于所述第二打开角。所述钳口构件可以具有完全打开位置和完全关闭位置。当所述第一致动器的所述开度角处于所述第一打开角处时，所述钳口构件可以安置在所述完全打开位置中，并且当所述第一致动器的所述开度角处于所述第三打开角处时，所述钳口构件可以安置在所述完全关闭位置中。

在某些方面，所述力剖面具有限定在所述第二打开角与所述第三打开角之间的第二区域，并且当所述第一致动器的所述开度角处于所述第二打开角与所述第三打开角之间时，所述钳口构件安置在过度关闭位置中。在特定方面，所述力剖面具有第三区域，在所述第三区域中，所述第一致动器的所述开度角大于所述第一打开角，并且当所述第一致动器的所述开度角大于所述第一打开角时，所述钳口构件安置在过度打开位置中。

所述力剖面的所述第一区域可以是线性的并且具有第一负斜率，使得所述力随着所述第一区域中所述开度角的减小而增加。在一些方面，所述力剖面的所述第二区域是线性的并且具有大于所述第一区域的所述第一负斜率的第二负斜率。在某些方面，所述力剖面的所述第三区域是线性的并且具有大于所述第一区域的所述第一负斜率的第三负斜率，并且当不向所述第一致动器施加力时，所述第一致动器朝所述第一打开角偏置。

所述第二区域可以包含处于所述第一致动器的预定开度角处的扭矩转变点，使得当所述第一致动器移动到所述预定开度角时，所述手柄控制器的所述电机产生扭矩以将所述第一致动器维持在所述预定开度角处。

所述力剖面的所述第一区域可以是非线性的。在一些方面，所述力剖面的所述第一区域包含处于所述第一致动器的预定开度角处的正到负扭矩转变点，使得当所述第一致动器移动到所述预定开度角时，所述手柄控制器的所述电机产生扭矩以将所述第一致动器维持在所述预定开度角处。

其它方面、特征以及优点将从说明书、附图以及权利要求中变得清楚。

附图说明

下文参照结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图对本公开的各个方面进行说明，其中：

图1是根据本公开的实施例的包含机器人系统和具有两个控制臂组合件的用户界面的机器人外科手术系统的示意图；

图2是图1的机器人外科手术系统的用户界面的控制臂组合件中的一个控制臂组合件的手柄组合件的透视图，其中以虚线示出临床医生的手；

图3是根据本公开的实施例的图1的机器人外科手术系统的机器人系统的工具的透视图；

图4是图2的部分移除的手柄组合件的顶部透视图；

图5是根据本公开的实施例响应于第一致动器的开度角中的变化示出图3的工具的钳口角度以及图2和4的手柄组合件的第一致动器的力的图；

图6是根据本公开的另一个实施例响应于第一致动器的开度角中的变化示出图3的工具的钳口角度以及图2和4的手柄组合件的第一致动器的力的图；以及

图7是根据本公开的又另一个实施例响应于第一致动器的开度角中的变化示出图3的工具的钳口角度以及图2和4的手柄组合件的第一致动器的力的图。

具体实施方式

现在参照附图对本公开的实施例进行详细的说明，在附图中，相似的附图标记指代若干视图中的每个视图中的相同或对应的元件。如本文所使用的，术语“临床医生”是指医生(例如，外科医生)、护士或任何其它护理提供者并且可以包含辅助人员。贯穿本说明书，术语“近侧”是指离临床医生较近的系统、装置或其部件的一部分，并且术语“远侧”是指离临床医生较远的系统、装置或其部件的一部分。

现在转到图1，示出了根据本公开的机器人外科手术系统1。机器人外科手术系统1包含机器人系统10、处理单元30以及操作控制台或用户界面40。机器人系统10总体上包含连杆12和机器人底座18。连杆12可移动地支撑末端执行器或工具20，所述末端执行器或工具被配置成在外科手术部位“S”处作用于患者“P”的组织上。连杆12可以形成臂，每个臂12具有支撑工具20的端部14。此外，臂12的每个臂的端部14可以包含用于对外科手术部位“S”成像的成像装置16，和/或标识支撑到或附接到臂12的端部14的工具20(例如，一种类型的外科手术器械)的工具检测系统(未示出)。

处理单元30将机器人系统10和用户界面40电互连以处理和/或发送在用户界面40与机器人系统10之间发送和/或接收的信号，如以下进一步详细描述的。

用户界面40包含显示装置44，所述显示装置被配置成显示三维图像。显示装置44显示外科手术部位“S”的三维图像，所述三维图像可以包含由定位在臂12的端部14上的成像装置16捕获的数据和/或包含由围绕外科手术室定位的成像装置(例如，定位在外科手术部位“S”内的成像装置、邻近患者“P”定位的成像装置、定位在成像臂52的远侧处的成像装置56)捕获的数据。成像装置(例如，成像装置16、56)可以捕获视觉图像、红外图像、超声图像、X射线图像、热图像和/或外科手术部位“S”的任何其他已知的实时图像。成像装置16、56将捕获的成像数据传输到处理单元30，所述处理单元从成像数据实时地创建外科手术部位“S”的三维图像并且将三维图像传输到显示装置44以供显示。

用户界面40包含控制臂42，所述控制臂支撑控制臂组合件46以允许临床医生操纵机器人系统10(例如，移动臂12、臂12的端部14和/或工具20)。控制臂组合件46与处理单元30通信以向其发送控制信号并且从其接收反馈信号，进而向机器人系统10发送控制信号并且从所述机器人系统接收反馈信号以执行机器人系统10所期望的移动。

每个控制臂组合件46包含可操作地联接到控制臂42的万向节100和可操作地联接到万向节100的输入装置或手柄组合件200。对于示例性万向节的结构和功能的详细描述，可以参考共同拥有的于2016年6月3日提交的题为“用于机器人外科手术系统的控制臂组合件(CONTROL ARM ASSEMBLIES FOR ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS)”的美国临时专利申请序列号62/345,505('505申请)，所述美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

手柄组合件200中的每个手柄组合件可移动通过具有“X”、“Y”和“Z”轴的坐标系内的预定工作空间，以在外科手术部位“S”内移动工具20、臂12和/或臂12的端部14。如在显示装置44上观察到的，显示装置44上的三维图像被朝向成由于手柄组合件200的移动而使得万向节100的移动使臂12的端部14移动。将了解的是，显示装置44上的三维图像的朝向可以相对于来自患者“P”上方的视图被镜像或旋转。此外，将了解的是，显示装置44上的三维图像的大小可以被缩放成比外科手术部位“S”的实际结构更大或更小以允许临床医生更好地观察外科手术部位“S”内的结构。关于手柄组合件移动缩放的详细讨论，可以参考共同拥有的于2016年12月8日提交的国际申请号PCT/US16/65588，所述国际申请的全部内容通过引用并入本文。

关于机器人外科手术系统1的构造和操作的详细讨论，可以参考美国专利号8,828,023，所述美国专利的全部内容通过引用并入本文。

现在参考图2，控制臂组合件46(图1)中的每个控制臂组合件的手柄组合件200包含主体部分210和抓握部分220。主体部分210包含支撑多个致动器214、216、218的壳体212，用于控制机器人系统10的工具20(图1)的各种功能。如图2中所展示和朝向的，第一致动器214安置在壳体212的外侧表面212a上，第二致动器216安置在壳体212的顶表面212b上，并且第三致动器218从壳体212的底表面212c延伸以形成触发器。应当理解，致动器214、216、218可以具有任何适合的配置(例如，拨片、按钮、旋钮、肘节机构、滑动件，摇杆等)，并且围绕手柄组合件200的致动器214、216、218的位置可能有所不同。第一致动器214以包含指状支托222和在指状支托222上方延伸的带224的拨片的形式示出，以将临床医生的手“H”(以虚线示出)的手指(例如，食指“I”)固定到第一致动器214。

每个手柄组合件200允许临床医生操作(例如，夹紧、抓握、击发、打开、关闭、旋转、插入、切下等)支撑在机器人系统10的臂12的端部14处的相应工具20(图1)。例如，如在图3中所示出的，工具20可以具有钳口组合件，所述钳口组合件包含从工具轴26延伸的相对的钳口构件22、24。第一致动器214(图2)可以被配置成在打开与关闭配置之间使工具20的钳口构件22、24致动，如以下进一步详细描述的。第二致动器和第三致动器216、218(图2)可以实现工具20的其它功能，如将钳口构件22、24的配置相对于彼此固定、使钳口构件22、24相对于工具轴26旋转、从钳口构件22、24中的一个钳口构件击发紧固件(未示出)、使安置在钳口构件22、24中的一个钳口构件内的刀(未示出)致动、激活电外科手术能量源，使得电外科手术能量通过钳口构件22、24被递送到组织，以及本领域技术人员的认知范围内的其它功能。

如图4中所示出的，包含电机232和微控制器234的手柄控制器230安置在手柄组合件200的主体部分210内。手柄控制器230通过第一致动器、第二致动器和/或第三致动器214、216、218(图2)的致动而被激活。手柄控制器230将第一致动器、第二致动器和/或第三致动器214、216、218的机械移动转换成电信号，所述电信号被发送到微控制器234，所述微控制器进而记录第一致动器、第二致动器、和/或第三致动器214、216、218的位置移动(例如，角位置)。微控制器234将所记录的位置移动传输到处理单元30(图1)，所述处理单元进而将电控制信号传输到机器人系统10(图1)以使臂12和/或工具20(图1)的功能致动。处理单元30还可以将电信号传输回手柄控制器230以调节电机232的一个或多个操作参数(例如，功率、速度和/或扭矩)，或微控制器234可以响应第一致动器、第二致动器和/或第三致动器214、216、218的位置移动中的变化，以调节电机232的一个或多个操作参数。应当理解，机器人系统10可以将信号发送到处理单元30并且因此发送到手柄控制器230，以向操作手柄组合件200的临床医生提供反馈。

第一致动器214通过连杆组合件240，例如，四杆连杆机械地联接到手柄控制器230。对于示例性致动器和四杆连杆的结构和功能的详细讨论，可以参考'505申请，所述申请的全部内容先前通过引用并入。第一致动器214包含近侧部分214a和包含指状支托222的远侧部分214b。当不向第一致动器214施加力时，第一致动器214具有偏置位置，其中远侧部分214b从手柄组合件200的壳体212的外侧表面212a横向延伸，并且近侧部分214a与外侧表面212a齐平或安置在所述外侧表面内，如图4中所示出的。

返回参考图2，临床医生握住手柄组合件200，使得临床医生的手“H”的食指“I”(以虚线示出)搁置在第一致动器214上，临床医生的手“H”的手掌(未示出)搁置在手柄组合件200的抓握部分220上，并且临床医生的手“H”的拇指“T”和中指“M”分别自由地使第二致动器和第三致动器216、218致动。当临床医生按压并向第一致动器214的指状支托222施加力时，第一致动器214朝关闭位置移动，其中第一致动器214的远侧部分214b(图4)朝手柄组合件200的主体部分210移动，使第一致动器214的近侧部分214a(图4)远离主体部分210横向移动，导致连杆组合件240的对应机械移动，所述对应机械移动被手柄控制器230转换成电子信号，如以上所讨论的。当临床医生从第一致动器214释放手指力和/或将他或她的食指“I”拉离第一致动器214时，第一致动器21朝后移动到偏置的打开位置。

由临床医生施加到第一致动器214的手指力的量将第一致动器214从偏置的打开位置朝关闭位置移动，以影响钳口构件22、24(图3)关于彼此的位置。在实施例中，第一致动器214被配置成使得在偏置位置中，钳口构件22、24处于完全打开位置中，并且由手柄控制器230测量的第一致动器214的角位置或开度角约为20°。当将力施加到第一致动器214时，钳口构件22、24朝彼此移动以到达完全关闭位置。在完全关闭位置中，第一致动器214的开度角约为5°。

如以上所描述的，第一致动器214的移动由临床医生的手指力以及由手柄控制器230的电机232产生的扭矩控制。电机扭矩推动或拉动第一致动器214抵靠或远离临床医生的手指，并且允许临床医生反向驱动第一致动器214并将其用作输入装置。具体地说，正扭矩推动第一致动器214打开并朝临床医生的手指，并且负扭矩拉动第一致动器214关闭并远离临床医生的手指。

具体参考图5，结合图2和3示出了钳口组合件20的钳口角度α依据第一致动器的开度角θ而变的图。如以上所讨论的，并且如在图5中所示出的，当第一致动器214的开度角θ约为20°时，钳口构件22、24完全打开(例如，安置在关于彼此大于0°的预定打开角处)，并且当第一致动器214的开度角θ约为5°时，钳口构件22、24完全关闭(例如，安置在关于彼此约0°角处)。钳口角度曲线是线性的，使得第一致动器214的开度角θ的变化(例如，由于临床医生移动第一致动器214)产生钳口组合件20的钳口角度α的对应且直接成比例的变化。

然而，钳口角度曲线不会在原点处与水平轴线交叉。而是，当第一致动器214的开度角θ约为5°并且钳口构件22、24安置在完全关闭位置中时，钳口角度曲线与水平轴线交叉。此类配置允许钳口构件22、24在第一致动器214被完全按压之前完全关闭，这可以例如在使用期间导致临床医生较少的手指疲劳，并且当开度角θ接近0°时(例如，第一致动器214被完全按压)还允许钳口构件22、24过度关闭。过度关闭钳口构件22、24增加了钳口组合件20的抓握力，所述抓握力是执行要求紧固的外科手术任务(如例如僵硬组织的缩回或针驱动)所期望的。类似地，当开度角θ处于20°以上时，钳口构件22、24可以过度打开。过度打开钳口构件22、24增加了钳口组合件20的打开力，所述打开力是执行要求附加扭矩以打开钳口构件22、24的外科手术任务(如例如组织解剖)所期望的。

应当理解，可以修改钳口角度曲线，以响应于第一致动器214的开度角θ的变化实现钳口构件22、24的不同行为。例如，钳口角度曲线可以是例如在第一致动器214的较小开度角θ处具有一个或多个浅斜面的非线性曲线，以在钳口构件22、24接近完全关闭位置时提供更好的位置控制，以及在第一致动器214的较大开度角θ处具有一个或多个较陡的斜面的非线性曲线，以增加钳口构件22、24朝完全打开位置的打开速度。作为另一个实例，钳口角度曲线可以包含充当固定区域或棘爪的一个或多个平坦区域，以将钳口构件22、24保持在完全打开与完全关闭之间的中间位置中。此类钳口角度剖面对于一些工具类型是有用的，如例如，当临床医生想要固定并避免夹子掉落时的夹子施加器。因此，设想的是对于与机器人外科手术系统1一起利用的不同工具类型或控制模式，钳口角度曲线的形状可以是不同的。

继续参考图5，还示出了第一致动器214的力F曲线依据第一致动器214的开度角θ而变。如以上所讨论的，由电机232产生的扭矩生成力F，临床医生对第一致动器214按压所述力，以实现第一致动器214的开度角θ的变化，并且因此实现钳口构件22、24之间的钳口角度α的变化。力曲线包含三个线性区域“R1”、“R2”和“R3”，其分别具有不同的斜率“S1”、“S2”和“S3”。区域“R1”限定在力曲线的一部分中，其中钳口构件22、24安置在完全打开与完全关闭位置之间。区域“R1”的斜率“S1”是负的，这使得关闭第一致动器214所需的力F随着开度角θ的减小而增加。当第一致动器214的开度角θ约为20°并且钳口构件22、24安置在完全打开位置中时，力曲线与水平轴线交叉。当临床医生的手指从第一致动器214移除时，此类配置允许钳口构件22、24打开到对应于以上详细描述的第一致动器214的偏置位置的完全打开位置，但不会过度打开。

区域“R2”限定在其中钳口构件22、24过度关闭的力曲线的一部分中，并且区域“R3”限定在其中钳口构件22、24过度打开的力曲线的一部分中。区域“R2”的斜率“S2”比区域“R1”的斜率“S1”更陡或更大。因此，当临床医生按压第一致动器214以关闭钳口构件22、24时，关闭第一致动器214所需的力F随着第一致动器214接近区域“R2”而增加，这进而增加了第一致动器214中的刚度并向临床医生提供钳口构件22、24正在进入或已经进入过度关闭区域的触觉指示。类似地，区域“R3”的斜率“S3”比区域“R1”的斜率“S1”更陡，以向临床医生提供钳口构件22、24正在进入或已经进入过度打开区域的指示。在区域“R1-R3”中的每个区域中，力F的所有值都是负的，使得如果临床医生的手指离开第一致动器214，则钳口构件22、24移动到完全打开位置。

应当理解，可以修改力曲线以响应于第一致动器214的开度角θ的变化来实现第一致动器214的不同行为，和/或实施第一致动器214以及进而实施钳口构件22、24的不同期望特征。因此，设想的是，对于不同的工具类型或控制模式，力曲线的形状可以是不同的。

例如，如在图6中所示出的，力曲线包含三个区域“R1”、“R4”和“R3”，所述三个区域分别具有不同的斜率“S1”、“S4”和“S3”。区域“R4”是非线性的并且包含当第一致动器214的开度角θ接近0°时为负的斜率“S4”。因此，当临床医生按压第一致动器214以过度关闭钳口构件22、24并接近与第一致动器214的开度角θ相关联的扭矩转变点“T”时，来自电机232的负扭矩关闭第一致动器214的开度角θ，这进而导致即使临床医生的手指从第一致动器214移除，钳口构件22、24仍咬合并保持在过度关闭位置中。此类配置将第一致动器214保持在关闭位置中以帮助临床医生固定第一致动器214并且因此使钳口构件22、24固定在过度关闭位置中。这种行为有助于在临床医生执行如例如需要将针紧紧地固定在钳口构件22、24之间的缝合等外科手术任务时，同时使用手柄组合件200(图1)执行复杂的、灵巧的操作。临床医生可以在这些任务期间放松他或她对第一致动器214的抓握，这可以改善人类工程学、减少疲劳、和/或增加对工具20(图1)的位置和朝向的控制。

为了打开钳口构件22、24，临床医生克服电机232的负扭矩并且打开第一致动器214直到扭矩切换到正值。这可以通过例如使用带等拉动第一致动器来完成。

第一致动器214的力曲线F表现为在区域“R1”和“R3”中的图5中所示出的。例如，当第一致动器214的开度角θ处于约5°与20°之间，并且钳口构件22、24处于完全打开与完全关闭位置之间时，临床医生可以如所期望的将钳口部件22、24打开和关闭到一个或多个中间位置。

作为另一个实例，如在图7中所示出的，力曲线或曲线包含三个区域“R5”、“R2”和“R3”。第一致动器214的力曲线F表现为在区域“R2”和“R3”中的图5中所示出的。区域“R5”(例如，其中钳口构件22、24安置在完全打开与完全关闭位置之间的力曲线的一部分)是非线性区域，所述区域包含限定在第一致动器214的预定开度角θ处的多个扭矩井“W”(并且因此，钳口组合件20的预定钳口角度α)，所述多个扭矩井被配置成固定和维持第一致动器214的对应开度角θ。扭矩井“W”限定正到负扭矩转变点“P”，这使得手柄控制器230的电机232咬合并维持第一致动器214的对应开度角θ，这进而即使临床医生的手指从第一致动器214移除，仍维持钳口构件22、24的对应钳口角度α。在使用中，第一致动器214提供触觉指示(例如，咬合)以警告临床医生钳口构件22、24正在被固定在预定钳口角度α处。为了移动致动器214，临床医生将第一致动器214推入或拉出扭矩井“W”，以使钳口构件22、24在其整个运动范围内移动。

扭矩井“W”可能与工具20的重要使用位置相对应。例如，第一致动器214的运动可以映射到订书机刀片的前进，并且扭矩井“W”指示预定的行程增量(例如，1cm)。作为另一个实例，扭矩井“W”可以用于为抓紧器设置各种开度角，使得临床医生可以使用抓紧器更精确地控制和维持抓握力。

虽然以上实施例是关于通过以拨片的形式致动第一致动器来控制钳口组合件的钳口角度来描述的(例如，根据第一致动器的开度角来调节第一致动器的力曲线)，应该理解，可以利用各种工具和/或其它致动器配置。例如，致动器可以纵向平移(例如，以按钮或滑动件的形式)，使得由微控制器测量的位置移动将是致动器的平移位置。钳口角度和力将基于致动器的平移位置的变化而改变。作为另一个实例，除了钳口角度之外的函数可以响应于致动器的驱动(例如，刀片的移动)而改变。还应该进一步理解的是，处理单元和/或手柄控制器可以被配置成标识与手柄组合件相关联的工具，以实施期望与工具一起使用的钳口角度和力曲线剖面。

如以上所详述并在图1中所示出的，用户界面40与机器人系统10可操作地通信，以对患者“P”执行外科手术程序；然而，设想用户界面40可以与外科手术模拟器(未示出)可操作地通信以在模拟环境中虚拟地致动机器人系统和/或工具。例如，外科手术机器人系统1可以具有用户界面40被联接以使机器人系统10致动的第一模式，以及用户界面40被联接到外科手术模拟器以虚拟地使机器人系统致动的第二模式。外科手术模拟器可以是独立单元或者可以被集成到处理单元30中。外科手术模拟器通过用户界面40向临床医生提供视觉、听觉、力和/或触觉反馈，从而对与用户界面40接合的临床医生做出虚拟响应。例如，当临床医生与手柄组合件200接合时，外科手术模拟器移动实际上作用于经模拟外科手术部位处的组织的代表性工具。

虽然已经在附图中示出本公开的若干实施例，但是本公开并不旨在受其限制，因为本公开的范围旨在如领域将允许的一样广泛并且同样以此方式阅读说明书。还设想了以上实施例的任何组合并且处于本公开和所附权利要求的范围内。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅仅是特定实施例的范例。本领域技术人员将对此设想在所附权利要求的范围内的其它修改。

Claims (17)

1.一种机器人外科手术系统，包括：

机器人臂，其支撑钳口组合件，所述钳口组合件包含相对的钳口构件，所述相对的钳口构件之间限定钳口角度；以及

用户界面，其包含手柄组合件，所述手柄组合件包含：

主体部分；

手柄控制器，其安置在所述主体部分内；以及

第一致动器，其能够相对于所述主体部分移动以改变所述第一致动器的开度角，所述第一致动器具有力剖面，所述力剖面是依据所述开度角移动所述第一致动器所需的力，并且所述钳口组合件具有钳口角度剖面，所述钳口角度剖面是依据所述开度角的所述钳口角度。

2.根据权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述钳口角度剖面限定钳口角度曲线，并且其中所述手柄控制器的微控制器被配置成将所述第一致动器的所述开度角传输到所述机器人臂，以基于所述钳口角度曲线实现所述钳口构件的所述钳口角度的改变。

3.根据权利要求2所述的机器人外科手术系统，其中所述钳口角度曲线是线性的。

4.根据权利要求3所述的机器人外科手术系统，其中随着所述第一致动器的所述开度角减小，所述钳口构件的所述钳口角度减小。

5.根据权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面限定力曲线，并且其中所述手柄控制器的微控制器被配置成记录所述第一致动器的所述开度角并且调节所述手柄控制器的电机的操作参数以基于所述力曲线来实现使所述第一致动器致动所需的所述力的改变。

6.根据权利要求5所述的机器人外科手术系统，其中所述力曲线的一部分具有负斜率，在所述负斜率中，所述力随着所述开度角的减小而增加。

7.根据权利要求5所述的机器人外科手术系统，其中所述力曲线的一部分在所述第一致动器的预定开度角处具有正到负斜率转变点，所述电机产生扭矩以将所述第一致动器维持在所述预定开度角处。

8.根据权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述第一致动器具有打开位置和关闭位置，在所述打开位置中，所述开度角是第一打开角，在所述关闭位置中，所述开度角是小于所述第一打开角的第二打开角，并且其中所述力剖面具有限定在所述第一打开角与第三打开角之间的第一区域，所述第三打开角小于所述第一打开角并且大于所述第二打开角。

9.根据权利要求8所述的机器人外科手术系统，其中所述钳口构件具有完全打开位置和完全关闭位置，当所述第一致动器的所述开度角处于所述第一打开角处时，所述钳口构件安置在所述完全打开位置中，并且当所述第一致动器的所述开度角处于所述第三打开角处时，所述钳口构件安置在所述完全关闭位置中。

10.根据权利要求9所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面具有限定在所述第二打开角与所述第三打开角之间的第二区域，当所述第一致动器的所述开度角处于所述第二打开角与所述第三打开角之间时，所述钳口构件安置在过度关闭位置中。

11.根据权利要求10所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面具有第三区域，在所述第三区域中，所述第一致动器的所述开度角大于所述第一打开角，当所述第一致动器的所述开度角大于所述第一打开角时，所述钳口构件安置在过度打开位置中。

12.根据权利要求11所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面的所述第一区域是线性的并且具有第一负斜率，使得所述力随着所述第一区域中所述开度角的减小而增加。

13.根据权利要求12所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面的所述第二区域是线性的并且具有大于所述第一负斜率的第二负斜率。

14.根据权利要求13所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面的所述第三区域是线性的并且具有大于所述第一负斜率的第三负斜率，并且其中当不向所述第一致动器施加力时，所述第一致动器朝所述第一打开角偏置。

15.根据权利要求13所述的机器人外科手术系统，其中所述第二区域包含处于所述第一致动器的预定开度角处的扭矩转变点，使得当所述第一致动器移动到所述预定开度角时，所述手柄控制器的所述电机产生扭矩以将所述第一致动器维持在所述预定开度角处。

16.根据权利要求11所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面的所述第一区域是非线性的。

17.根据权利要求16所述的机器人外科手术系统，其中所述力剖面的所述第一区域包含处于所述第一致动器的预定开度角处的正到负扭矩转变点，使得当所述第一致动器移动到所述预定开度角时，所述手柄控制器的所述电机产生扭矩以将所述第一致动器维持在所述预定开度角处。